Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn khoa học công nghệ với đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ KHUẤY
TRỘN DUNG DỊCH BÔI TRƠN TƢỚI NGUỘI
CALTEX AQUATEX 3180
Mã số: ĐH2015-TN02-06
Chủ nhiệm đề tài: TS. Đỗ Thị Tám
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2019

2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ KHUẤY
TRỘN DUNG DỊCH BÔI TRƠN TƢỚI NGUỘI
CALTEX AQUATEX 3180
Mã số: ĐH2015-TN02-06
Xác nhận của tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài
KT. HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG
PGS.TS. Vũ Ngọc Pi TS. Đỗ Thị Tám
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2019

3. i
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊNTHAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
I. Danh sách các thành viên thực hiện đề tài
STT Họ và tên
Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên môn
1 Trương Thị Thu Hương
Đại học kỹ thuật Công nghiệp, Đại học
Thái nguyên;
TS. Công nghệ Chế tạo máy
II. Các đơn vị phối hợp thực hiện
STT Tên đơn vị
trong và ngoài nƣớc
Nội dung phối hợp nghiên cứu
1 Công ty TNHH MTV
Cơ khí hoá chất 13-
Tuyên Quang
Kiểm nghiệm mô hình

4. ii
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I. TỔNG QU N 4
1. Nghiên cứu máy khuấy dung dịch 4
1.1. Nghiên cứu chung 4
1.2. Đặc tính của quá trình khuấy trộn 8
1.2.1. Chế độ động học khi khuấy - trộn 8
1.2.2. Chuyển động của dòng chảy trong máy khuấy trộn 10
1.2.3. Thời gian khuấy trộn 11
1.2.4. Khối lượng riêng và độ nhớt chất lỏng 13
1.2.5. Độ đồng nhất 12
1.2.6. Nghiên cứu cơ bản về cánh khuấy 13
1.2.7. Vị trí đặt cánh khuấy 17
1.3. Đặc điểm dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180 18
1.4. Nghiên cứu thiết kế máy khuấy dung dịch 20
Kết luận chƣơng 1 21
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình khuấy 22
2.1.1. Ảnh hưởng của quá trình khuấy trộn đến quá trình chuyển khối
của dòng hai pha
22
2.1.2. Ứng dụng phương trình Navie-stocks trong công nghệ khuấy trộn 27
2.1.3. Một số thông số ảnh hưởng đến quá trình khuấy trộn 29
2.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 32
2.2.1. Chọn thông số thí nghiệm 32
2.2.2. Quy hoạch thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi. 33
2.2.3. Phương pháp xác định độ đồng nhất của hỗn hợp sau khi trộn 36
Kết luận chƣơng 2 36

5. iii
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN
DUNG DỊCH CALTEX AQUATEX 3180
39
3.1. Giới thiệu 39
3.2. Lựa chọn các thông số hình học của thiết bị 39
3.3. Tính toán thiết kế các bộ phận chính của thiết bị 41
3.3.1. Xác định một số thông số chính của thiết bị 41
3.3.2. Tính thiết kế trục, cánh khuấy 43
3.4. Lựa chọn các bộ phận khác của thiết bị 49
3.4.1. Cơ cấu dẫn động, điều tốc 49
3.4.2 Cơ cấu đo mức dung dịch 54
Kết luận chương 3 55
CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CÁC
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ TỚI ĐỘ ĐỒNG ĐỀU CỦA
DUNG CALTEX AQUATEX 3180
4.1. Giới thiệu 56
4.2 Thí nghiệm. 57
4.2.1. Các trang thiết bị, vật tư làm thí nghiệm 57
4.2.2. Các bước chuẩn bị trước khi làm thí nghiệm 61
4.3. Kết quả thí nghiệm 65
Kết luận chương 4 72
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

6. iv
D NH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT NỘI DUNG TRANG
1 Hình 1.1. Các phương pháp khuấy dung dịch 6
2 Hình 1.2. Máy khuấy cơ khí 7
3 Hình 1.3. Mối quan hệ giữa P0 và Re của một số loại cánh khuấy 9
4 Hình 1.4. Hướng chuyển động của dòng chảy trong máy khuấy 10
5 Hình 1.5. Mối quan hệ giữa độ nhớt chất lỏng và dạng cánh trộn 12
6 Hình 1.6. Dạng cánh khuấy dòng chảy hướng trục 14
7 Hình 1.7. Dạng cánh khuấy dòng chảy hướng tâm 15
8 Hình 1.8. Dạng cánh thủy lực 16
9 Hình 1.9. Dạng cánh cắt 17
10 Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi 35
11
Hình 2.2. Quan hệ giữa độ sai lệch bình phương trung bình
và thời gian trộn
37
12 Hình 3.1. Kích thước thùng khuấy 40
13 Hình 3.2. Thùng khuấy chế tạo thực tế 41
14 Hình 3.3. Cánh khuấy chế tạo thực tế 41
15 Hình 3.4. Kết cấu trục mang cánh khuấy 44
16
Hình 3.5. Mô hình trục mang cánh khuấy với mô men
xoắn trên trục
45
17 Hình 3.6. Mô hình lưới phần tử 45
18 Hình 3.7. Ứng suất trục theo tiêu chuẩn Von Mises 46
19Hình Hình 3.8. Chuyển vị theo phương y 46

7. v
TT NỘI DUNG TRANG
20 Hình 3.9. Biểu đồ góc xoắn trên trục (rad) 47
21 Hình 3.10. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc 01 50
22 Hình 3.11. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc 02 51
23 Hình 3.12. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc số 03 52
24 Hình 3.13. Ảnh máy khuấy trộn dung dịch MKDD-01 53
25 Hình 3.14. Kết cấu cụm đo mức dung dịch 54
26 Hình 4.1: Máy khuấy trộn dung dịch: MKDD-01 57
27 Hình 4.2 Máy đo nồng độ NBR-32 58
28 Hình 4.3 Cốc đong thể tích tiêu chuẩn (1000±8 ml) 58
29 Hình 4.4. Sơ đồ mạch cầu 59
30 Hình 4.5. Sơ đồ bố trí tenzo 59
31 Hình 4.6. Thiết bị Dynamic Strainmeters SDA – 810/830C 60
32 Hình 4.7. Sử dụng vành trượt để đưa điện áp ra ngoài 60
33 Hình 4.8. Tháo lắp hiệu chỉnh thiết bị 63
34 Hình 4.9. Chỉnh góc nghiêng cánh khuấy 63
35 Hình 4.10. Chỉnh khoảnh cách cánh khuấy tới đáy thùng 64
36 Hình 4.11 Biến tần điều khiển tốc độ 64
37 Hình 4.12. Bảng điều khiển thời gian khuấy 64
38
Hình 4.13. Mẫu hiển thị nồng độ của thiết bị đo nồng độ
NBR-32
65
39
Hình 4.14. Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến độ
xám trung bình
69
40 Hình 4.15. Ảnh hưởng chính đến độ xám

8. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT NỘI DUNG TRANG
1 Bảng 2.1. Các thông số liên quan đến quá trình trộn 30
2 Bảng 2.2. Ma trận trực giao L9 theo Taguchi có 3 thông số và 3 mức 36
3 Bảng 3.1. Thông số tốc độ nên dùng của một số loại cánh khuấy 42
4
Bảng 3.2. Bảng thông số thiết bị khuấy trộn dung dịch Caltex
Aquatex 3180
53
5 Bảng 4.1. Các thông số chính trong quy hoạch 61
6 Bảng 4.2. Bảng thông số thí nghiệm 62
7
Bảng 4.3. Kết quả đo nồng độ dung dịch và khoảng sai lệch
nồng độ
66
11 Bảng 4.4. Dữ liệu chuẩn hóa 67
12 Bảng 4.5. Kết quả phân tích quan hệ xám 68
13 Bảng 4.6. Độ lệch chuẩn của hỗn hợp dung dịch 71
14 Bảng 4.7. Bộ thông số lựa chọn tốt nhất của thiết bị 71

9. vii
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi
trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180
- Mã số: ĐH2015-TN02-06
- Chủ nhiệm đề tài: TS. Đỗ Thị Tám
- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
- Thời gian thực hiện: 2015 - 2016
2. Mục tiêu
2.1. Mục tiêu chung
Tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm thành công mô hình thiết bị khuấy
trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 31802
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu các đặc tính hoạt động của dòng cháy hai pha lỏng – lỏng
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống khuấy dung dịch:
+ Tăng độ đồng nhất của dung dịch bôi trơn sau khi pha đạt 95%;
+ Dung dịch được pha trộn đúng tỉ lệ % cung cấp cho một số loại máy
công cụ;
+ Giảm mức tiêu thụ điện năng.
- Chuyển giao công nghệ, thử nghiệm thiết bị tại cơ sở sản xuất
3. Tính mới và sáng tạo
- Xác định lựa chọn được yếu tố hợp lý của thiết bị khuấy trộn phù hợp với
khuấy trộn dunhg dịch dầu Caltex Aquatex 31802;

10. viii
- Ứng dụng phương pháp đồng dạng và mô hình thứ nghuyên để tính toán, lựa
chọn được bộ thông số đồng dạng làm thông số đầu vào của quá trình nghiên
cứu thí nghiệm.
4. Kết quả nghiên cứu
- Chế tạo thành công thiết bị thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn Caltex
Aquatex 3180 đáp ứng năng suất 2,5m3
dung dịch/tháng đáp ứng mục tiêu của
đề tài;
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học:
- Đỗ Thị Tám, Nguyễn Hoàng Quân (2019), “Nghiên cứu lựa chọn thiết kế
mô hình thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex
3180”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 1+2, tr. 94-100.
- Do thi Tam, Tran The Long, Nguyen Hoang Quan (2019), “Application of
Similarity method and Dimensional analysis in determining the performance
parameters of Agitator paddles forcaltex Aquatex 3180 cutting Oil”,
International Journal of Engineering Technologies and Management
Research, pp. 47-54
5.2. Sản phẩm đào tạo: 01 luận văn thạc sỹ đã bảo vệ.
- Nguyễn Hoàng Quân (2016), Thiết kế, chế tạo thiết bị khuấy trộn dung dịch
bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên
5.3. Sản phẩm ứng dụng
01 Mô hình máy trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180
6. Phƣơng thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang
lại của kết quả nghiên cứu:

11. ix
+ Ứng dụng: Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trong thực tiễn sản xuất của
Công ty TNHH MTV Cơ khí hoá chất 13- Tuyên Quang
+ Giáo dục, đào tạo: Kết quả của nghiên cứu, tính toán thiết kế mô hình máy
khuấy dung dịch bôi trơn làm nguội là cơ sở trong giảng dạy, nghiên cứu
khoa học
+ Kinh tế, xã hội:
- Tiết kiệm chi chí nhân công;
- Tăng độ đồng nhất lượng dung dịch bôi trơn sau khi khuấy trộn.
Ngày tháng năm
Tổ chức chủ trì
KT. HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG
PGS.TS. Vũ Ngọc Pi
Chủ nhiệm đề tài
TS. Đỗ Thị Tám

12. x
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Design and manufacture the agitator model for Caltex Aquatex
3180 cutting oil
Code number: ĐH2015-TN02-06
Coordinator: Dr. Do Thi Tam
Implementing institution: TNU – Thai Nguyen University of Technology
Duration: from 2015 to 2016
2. Objective(s):
2.1. Overall objectives
Calculate, design, manufacture and test the agitator model successfully for
Caltex Aquatex 3180 cutting oil
2.2. Detailed objectives
- Study the performance characteristics of liquid-liquid two-phase flow
- Study and design the agitator system:
+ Quantify and provide the ingredient solution automatically;
+ Increasing the homogeneity of lubricating solution after mixing to 95%;
+ Working properly with the demand of productivity with the smallest power
consumption;
- Technology transfer, equipment testing at the production facility.
3. Creativeness and innovativeness:
- Determine and select the reasonable factors of the agitator device suitable
for mixing oil solution Caltex Aquatex 3180;
- Apply the similarity method and dimensional analysis to calculate and select a
set of similarity parameters as input parameters of the experimental research.
4. Research results:
- Successfully manufacturing the agitator device for Caltex Aquatex 3180
lubricating solution to meet the productivity of 2.5m3
solution/month and
fulfill the objectives of the project.
5. Products:

13. xi
5.1. Scientific products: 01 national paper, 01 paper in an ISSN journal
- Do Thị Tam, Nguyen Hoang Quan, “Study to design a model of Agitator
paddles for Caltex Aquatex 3180 cutting oil, Viet Nam Mechanical
Engineering Journa, 1+2, pp. 94-100;
- Do thi Tam, Tran The Long, Nguyen Hoang Quan (2019), “Application of
Similarity method and Dimensional analysis in determining the performance
parameters of Agitator paddles forcaltex Aquatex 3180 cutting Oil”,
International Journal of Engineering Technologies and Management
Research, pp. 47-54
5.2. Training products
Nguyen Hoang Quan (2016), Design and manufacture the agitator model for
Caltex Aquatex 3180 cutting oil, Master thesis, Thai Nguyen University of
Technology.
5.3. Application products:
The agitator model of Caltex Aquatex 3180 cutting oil
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of
research results:
- Application: The research results were applied in practical production of
Mechanical and Chemical Company 13 in Tuyen Quang province.
- Education and training: The results of the study and the calculation and
design of the agitator model of cutting oil are the bases in teaching and
scientific research.
- Economic and social characters:
+ Saving labor costs;
+ Increasing the uniformity of lubricating solution after mixing.

14. 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Trộn là một quá trình quan trọng và phổ biến để cải thiện tính đồng nhất và
tính thống nhất của hệ thống. Nghiên cứu về trộn đã được thực hiện từ rất
sớm, từ bản chất các quá trình trộn, các quá trình động lực học trong trộn cho
đến các chế tạo các thiết bị trộn: Trộn xảy ra khi vật liệu được chuyển từ vùng
này sang vùng khác (Chen et al, 2005;. Rushton, 1956). Các yếu tố trong vật
liệu trộn bao gồm: nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ, màu sắc, giai đoạn (Paul et al.,
2004). Hoạt động pha trộn có thể được chia thành ba loại chính, khí lỏng, rắn-
lỏng, và trộn chất lỏng-lỏng, Trộn chất lỏng-lỏng đóng một quan trọng vai trò
sản xuất và tăng diện tích bể cần thiết để nâng cao khối lượng và truyền nhiệt
giữa các giai đoạn (O'Rourke và MacLoughlin, 2005;. Paul et al, 2004).Thuật
ngữ '' trộn'' được sử dụng để mô tả có thể trộn chất lỏng để pha trộn nước và
các hydrocarbon hoặc chất lỏng có tính axit hoặc kiềm kết hợp với các chất
lỏng hữu cơ (Coker, 2001) và sản xuất các loại sản phẩm nhũ tương
(Jakobsen, 2008). Các đặc tính động lực chất lỏng pha trộn chất lỏng-lỏng
như phân ly và kết dính (Wichterle, 1995; Wang và Calabrese, 1986;
Sathyagal et al., 1996), giai đoạn đảo ngược (Norato et al., 1998), và ảnh
hưởng của thành phần hệ thống cũng như một của tạp chất (Laurenzi et
al.,2009). Những hiện tượng này rất phức tạp cho nên trộn chất lỏng-lỏng
được một trong những quá trình khó khăn nhất trong một số ngành công
nghiệp. Mặt khác, pha trộn của các chất lỏng có thể là một hoạt động rất đơn
xảy ra từ từ bằng phân tử khuếch tán và đối lưu tự nhiên. Tuy nhiên, hệ thống
kích động có thể áp dụng bắt buộc đối lưu để có được sự đồng nhất nhanh
hơn (Rushton, 1956).
Hiện nay trên thị trường nước ngoài đã có bán các thiết bị khuấy trộn
nhưng với giá thành cao, kết cấu, tính năng và thông số công nghệ có sẵn và

15. 2
bí mật nên không phù hợp với điều kiện sản xuất của đơn vị. Việc chế tạo một
thiết bị khuấy trộn theo các tiêu chuẩn phù hợp sẽ giúp công ty TNHHMTV
Cơ khí hóa 13 chủ động về kết cấu, năng suất, thiết lập thông số công nghệ và
giảm đáng kể về giá thành.
Với những ly do trên, việc “Thiết kế, chế tạo thiết bị khuấy trộn dung
dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180” tại công ty TNHHMTV Cơ
khí hóa 13 là một vấn đề cấp thiết đặt ra và cần được nghiên cứu.
2. Đối tƣợng, mục đích, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu các đặc tính hoạt động của dòng cháy hai pha lỏng – lỏng;
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống khuấy dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex
Aquatex 3180
2.2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu các đặc tính hoạt động của dòng cháy hai pha lỏng – lỏng;
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống khuấy dung dịch;
- Chuyển giao công nghệ, thử nghiệm thiết bị tại cơ sở sản xuất.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Tiến hành khảo sát, thu thập và phân tích các thông số cần thiết của máy
khuấy trộn dung dịch;
- Nghiên cứu dòng chảy của chất lỏng và đặc tính khuyếch tán của dung dịch;
- Thiết kế mô hình thử nghiệm đáp ứng mục tiêu nghiên cứu;
- Chế tạo mô hình, tiến hành khảo nghiệm, hiệu chỉnh kết cấu;
- Phân tích kết quả thử nghiệm và hoàn chỉnh mẫu máy;
- Công bố kết quả và biên soạn tài liệu kỹ thuật hướng dẫn vận hành;

16. 3
2.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, lấy ý kiến chuyên gia, tập hợp thông tin;
- Phương pháp mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên;
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm:
+ Xây dựng hệ thống thí nghiệm và kế hoạch thực nghiệm
+ Tiến hành thực nghiệm.
+ Phân tích kết quả.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Ý nghĩa khoa học: Xác định được một số yếu tố hợp lý của thiết bị khuấy
trộn trong quá trình làm việc.
- Ý nghĩa thực tiễn: Thiết kế máy khuấy trộn tự động, nâng cao chất lượng
của dung dịch sản phẩm, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng chi tiết và
tuổi bền dụng cụ trong sản xuất tại đơn vị.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Ý nghĩa thực tiễn: Thiết kế máy khuấy trộn tự động, nâng cao chất lượng
của dung dịch sản phẩm, góp phần nâng cao năng suất trong sản xuất;

17. 4
CHƢƠNG I
TỔNG QU N
1. Nghiên cứu máy khuấy dung dịch
1.1. Nghiên cứu chung
Trộn được hiểu là bất kỳ hoạt động sử dụng để thay đổi một hệ thống
không đồng nhất thành hệ thống đồng nhất. Một lượng vật chất có thể được
gọi là đồng nhất khi khối lượng các thành phần là cố định trong toàn bộ hệ
thống trộn. Trộn là một phần của một quá trình hóa học hay vật lý, chẳng hạn
như pha trộn, nhũ tương hóa, truyền nhiệt và các phản ứng hóa học... [32].
Công nghệ khuấy trộn đã phát triển từ những năm 1950 với những
nghiên cứu nổi của Uhl và Gray [36]. Trong 40 năm qua, những nghiên cứu
về lĩnh vực này đã đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp hoá
chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu
xây dựng, công nghiệp hoá dược,...và trong đời sống hằng ngày.
Trộn có thể được phân loại theo các kết hợp khác nhau giữa các giai
đoạn khí, lỏng và rắn, trộn chất lỏng-lỏng. Trộn lỏng-lỏng là một trong
những khó khăn nhất và có ít nghiên cứu nhất. Về cơ bản, bất kỳ quá trình
vật lý, hóa học đều có thể xảy ra trong quá trình trộn [20]. Bởi vì khuếch tán
tự nhiên trong chất lỏng là chậm, máy khuấy cung là lựa chọn phổ biến để
phân tán chất lỏng và nhũ hóa lỏng vì chúng cải thiện độ khuếch tán. Tuy
nhiên, có thể lãng phí một lượng lớn năng lượng đầu vào thông qua lựa chọn
hệ thống không phù hợp [25]. Hơn nữa, sự hiểu biết không đầy đủ về pha
trộn có thể dẫn đến chất lượng sản phẩm không mong muốn và tăng chi phí
sản xuất. Thao tác trộn thường phức tạp, không chỉ yêu cầu hiểu các khía
cạnh dòng chảy chất lỏng, mà còn xem xét các thiết bị cơ khí và yêu cầu
năng lượng [21].

18. 5
Quan sát định tính và định lượng, số liệu thực nghiệm, và yếu tố chế độ
dòng chảy là cần thiết và cần được nhấn mạnh trong bất kỳ nghiên cứu thí
điểm thử nghiệm trong quá trình trộn [37].
Công nghệ khuấy trộn chất lỏng-lỏng được chia thành 2 dạng: “miscible
liquid-liquid mixing” và “immiscible liquid-liquid mixing” [40]. Dạng thứ
nhất mô tả quá trình các chất lỏng có thể được trộn lẫn, được thực hiện cho
nhiều mục đích: để điều chỉnh pH trong quá trình lên men, pha loãng độ nhớt
trong và để pha trộn các thành phần; tránh sự phân tầng trong các thùng chứa.
Trong pha trộn các chất lỏng có thể trộn lẫn, sự khuếch tán phân tử cũng góp
phần vào sự đồng nhất cuối cùng của hệ thống được trộn. Dạng thứ hai đề cập
đến sự phân tán của chất lỏng hoặc để hình thành nhũ tương [28]. Sự phân tán
của chất lỏng – “immiscible liquid-liquid mixing” được dùng để trộn dung
dịch có tính axit hoặc kiềm kết hợp với các chất lỏng hữu cơ [22]. Những hiện
tượng này rất phức tạp và là một trong những quá trình khó khăn nhất trong
một số ngành công nghiệp [24].
Mục đích của quá trình khuấy trộn:
1. Tạo ra các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng, khí và rắn có tính
chất thành phần khác nhau : dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt,…;
2. Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt;
3. Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và
quá trình hoá học.
Phân loại máy khuấy trộn dung dịch:
Theo nghiên cứu của McCabe các cộng sự (2001), khuấy trộn dung dịch
có thể chia thành các dạng khuấy:
- Khuấy cơ khí (xoay, rung);
- Khuấy trộn thủy lực;
- Khuấy trộn khí nén;
- Khuấy trộn đường ống (dòng chảy hỗn loạn, máy trộn tĩnh).

19. 6
Hình 1.1. Các phương pháp khuấy dung dịch
A. Khuấy cơ khí sử dụng tua-bin; B. Khuấy cơ khí sử dụng cánh;
C. Khuấy thủy lực; D. Khuấy khí nén; E. Khuấy khí nén điều chỉnh tự
động; F. Khuấy thủy lực phun chất chống tạo bọt
Nguồn: McCabe và các cộng sự (2001)
Trộn lỏng-lỏng là một quá trình quan trọng trong các ngành công nghiệp
thường được thực hiện trong các hệ thống khuấy trộn cơ học. Hiệu suất trộn
lỏng-lỏng trong buồng khuấy có thể được đánh giá bằng nhiều thông số khác
nhau, cụ thể là tốc độ khuấy trộn, thời gian trộn, thời gian lưu thông, mức tiêu
thụ điện, vỡ và kết tụ, diện tích giao thoa và đảo pha. Các tham số đầu vào
như loại cánh quạt, số công suất, mô hình dòng chảy, số lượng cánh quạt và
phần khối lượng pha phân tán, ngoài các tính chất vật lý của các pha như độ
nhớt và mật độ cũng được xem xét [34].
Trong số các loại máy khuấy, máy khuấy cơ khí được sử dụng rộng rãi
hơn cả vì có thể điều chỉnh tốc độ khuấy theo ý muốn, thời gian khuấy ngắn,
dung tích bể nhỏ và dễ chế tạo, trong giới hạn lĩnh vực nghiên cứu, đề tài tập
trung nghiên cứu về máy khuấy trộn cơ khí.
Máy khuấy trộn cơ khí nói chung là loại thiết bị có cánh khuấy dạng
cánh quạt, tuabin... Trên một trục có thể lắp nhiều hơn một bộ cánh. Máy trộn

20. 7
cơ khí thường được xây dựng với một trục thẳng đứng điều khiển bởi một bộ
giảm tốc độ và động cơ điện. Máy khấy cơ khí dùng năng lượng của cánh
khấy chuyển động trong nước tại ra sự xáo trộn dòng chảy. Năng lượng của
cánh khuấy phụ thuộc vào đường kính cánh và tốc độ chuyển động của cánh.
Điều chỉnh tốc độ quay của cánh sẽ điều chỉnh được năng lượng tiêu hao và
cường độ khuấy. Năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối, từ đó tăng độ
đồng nhất của dung dịch trong buồng khuấy. Cánh khuấy được cấu tạo theo
nhiều kiểu khác nhau tùy thuộc vào mục đích khuấy trộn.
Hình 1.2. Máy khuấy cơ khí
1.2. Đặc tính của quá trình khuấy trộn
1.2.1. Chế độ động học khi khuấy - trộn
Để cơ cấu khuấy có thể quay ở tốc độ mong muốn, ta cần cung cấp năng
lượng để khắc phục các trở lực của dung dịch. Các nghiên cứu lý thuyết cũng
như thực nghiệm cho thấy công suất cung cấp cho cơ cấu khuấy phụ thuộc
chủ yếu vào:
 Loại cơ cấu khuấy;
 Vận tốc quay của cơ cấu khuấy;

21. 8
 Các tính chất lưu biến của dung dịch;
 Các đặc điểm hình học của thùng chứa.
Một số nghiên cứu [17], [29] cho thấy: Công suất là một trong những
yếu tố quyết định trong việc lựa chọn cánh khuấy. Công suất cũng liên quan
đến một số nhóm không thứ nguyên như chuẩn số Reynold và và chuẩn số
Froude cũng như các thông số hình học khác để đạt được hiệu quả kinh tế.
Lựa chọn cánh quạt phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như độ nhớt của
chất lỏng, điều kiện vận hành và chế độ dòng chảy hệ thống
Bằng phương pháp phân tích thứ nguyên các số liệu thu thập được,
người ta thấy có mối quan hệ giữa các đại lượng sau
+ Chuẩn số Froude : (1.2)
+ Chỉ số công suất Po : (1.3)
Trong đó:
Re: Chuẩn số đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng chảy khi
khuấy trộn;
Fr : Hệ số Froude thể hiện tác động của trọng trường;
Po: Hệ số công suất đặc trưng cho công suất khuấy trộn;
P: là công suất khuấy trộn, kw;
N: Tốc độ quay của động cơ, s-1
;
d: Đường kính của cánh khuấy, m;
g: là gia tốc trọng trường, m/s2
;
: Khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3
;
µ: Độ nhớt động lực, mPa.s (cst)
+ Chuẩn số Reynolds : (1.1)

22. 9
Trong cơ học chất lỏng, Chuẩn số Reynolds là một giá trị không thứ
nguyên biểu thị độ lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây bởi lực quán tính và lực
ma sát trong (tính nhớt) lên dòng chảy.
Chế độ chảy của nguyên liệu trong thiết bị khuấy - trộn đựơc chia thành
ba miền tương ứng với giá trị của chuẩn số Reynold.
- Chảy theo dòng: 0 ≤ Rek ≤ 10
- Chảy quá độ: 10 ≤ Rek ≤ 103
- Chảy xoáy rối: 103
≤ Rek ≤ 107
Mối liên hệ giữa chuẩn số Reynolds và hệ số công suất P0
Hình 1.3. Mối quan hệ giữa P0 và Re của một số loại cánh khuấy [24]
1. Rushton Turbine; 2. Turbine backswept 6 cánh; 3. Turbine cánh nghiêng 6
cánh; 4. Tuabine 3 cánh; 5. Cánh quạt;
6a, b. Cánh cắt ứng suất cao
1.2.2. Chuyển động của dòng chảy trong máy khuấy trộn
Hướng chuyển động tiếp tuyến: Chất lỏng ở thùng chứa có chuyển động
phù hợp với quỹ đạo chuyển động của cánh khuấy. Sự khuấy trộn chất lỏng

23. 10
dọc trục không đáng kể; khuấy trộn xảy ra vì xoáy, phát sinh theo đường viền
của cánh. Chất lượng khuấy trộn không cao. Chảy tiếp tuyến là đặc tính riêng
của máy khuấy có cánh thẳng đứng và tốc độ quay chậm, trong đó không phát
sinh dòng hướng tâm do lực ly tâm tạo ra.
Hướng chuyển động hướng tâm: Chất lỏng ở trong thùng chứa được
chuyển động từ cánh khuấy hướng vào tâm. Để đảm bảo cho chất lỏng chảy
hướng tâm cần phải để cho lực ly tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng.
Hướng chuyển động hướng trục: Chất lỏng trong thùng chứa đi vào và ở
cánh khuấy chảy ra song song với trục [40]
Hình 1.4. Hướng chuyển động của dòng chảy trong máy khuấy [37]
(a) Cánh quạt hướng trục hoặc hướng tâm không có vách ngăn
(b) Vị trí ngoài trung tâm làm giảm dòng xoáy.
(c) Cánh quạt hướng trục có vách ngăn
(d) Cánh quạt hướng tâm có vách ngăn.

24. 11
1.2.3. Thời gian khuấy trộn
Thời gian trộn là một trong những thông số quan trọng nhất trong trộn
chất lỏng-lỏng vì nó cũng là thời gian cần thiết để có được một mức độ đồng
nhất mong muốn trong bể trộn [25], [28]. Đường kính cánh khuấy, đường
kính bể trộn, độ nhớt chất lỏng… là các thông số hiệu quả để xác định thời
gian trộn [23], [26]. Patwardhan và Joshi [29] cũng xác định thời gian trộn
với khoảng 40 dạng cánh khuấy dòng chảy hướng trục. Các cánh bơm được
thay đổi trong góc, xoắn, chiều rộng, đường kính, vị trí và hướng bơm. Kết
quả cho thấy việc sử dụng cánh turbine nghiêng dẫn đến thời gian trộn ngắn
nhất. Xác định thời gian trộn bởi Zhao và các cộng sự [39] trong một hệ thống
dầu và nước cho thấy sự gia tăng trong thời gian trộn bởi vì dầu nhẹ hơn nước
do đó nó có xu hướng kết hợp lại và ở lại trên bề mặt, dẫn đến sự phân tán
kém của dầu và tăng thời gian trộn. Nghiên cứu thời gian trộn cho chất lỏng
sau hàng loạt các thí nghiệm của Van de Vusse và các cộng sự [38] đã chỉ ra
rằng trong khu vực dòng chảy hỗn loạn, thời gian trộn có liên quan trực tiếp
đến công suất bơm của bánh công tác.
Pip và các cộng sự [32] đề nghị các mối tương quan sau đây để tính toán
thời gian khuấy trộn:
(1.4)
Trong đó:
dv : là đường kính thùng trộn, m
d : là đường kính cánh khuấy, m
V : là thể tích dung dịch, l
: Khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3
;

25. 12
1.2.4. Khối lƣợng riêng và độ nhớt chất lỏng
Bouwmans và các cộng sự [17] nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng
riêng và độ nhớt đến thời gian trộn khi chúng được trộn trong các điều kiện
khác nhau (loại cánh, loại máy, và tốc độ của máy khuấy), cũng như vị trí của
việc bổ sung chất lỏng với chất lỏng thứ hai trong buồng trộn. Họ nhận thấy
rằng khi một chất lỏng thêm vào nhẹ hơn khối chất lỏng đã có trong buồng
trộn, sẽ tạo ra hiệu thời gian trộn cần nhiều hơn, tốc độ khuấy thấp hơn. Khi
chất lỏng được thêm vị trí gần cánh, thời gian trộn không khác biệt. Và quá
trình nghiên cứu đã chỉ ra được mối quan hệ giữa độ nhớt của chất lỏng và
dạng cánh khuấy trộn (hình 1.5).
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa độ nhớt chất lỏng và dạng cánh trộn [14]
1.2.5. Độ đồng nhất
Cokolob I. A [1] đã đề xuất phương trình động học của quá trình trộn dưới
dạng:
VC = f1(t) + f2(t); (1.5)
Trong đó:
VC - Độ trộn không đều của hỗn hợp;
f1(t)- Hàm đặc trưng cho quá trình trộn thuận;
f2(t)- Hàm đặc trưng cho quá trình trộn ngược.

26. 13
Một số tác giả khác cũng đã có những nhận xét tương tự như vậy, coi
quá trình trộn là sự thay đổi mật độ Ci của thành phần hỗn hợp, đã thành lập
mối quan hệ giữa tốc độ quá trình trộn với sự thay đổi mật độ Ci trong một
đơn vị thời gian tính theo công thức:
   
dt
tdf
dt
tdf
dt
dC
V i 21
 (1.6)
- Mô hình toán của Pacкaтoвa E.A biểu thị chất lượng trộn trên cơ sở
nghiên cứu máy khuấy trộn kiểu cánh gạt:
),,,,()lg()( 2
11
t
l
g
l
l
ftDtAV B
c 


  
(1.7)
Trong đó:
A, B, D - là hàm của các đại lượng không thứ nguyên;
l1, l - kích thước của các thành phần,l
1, - mật độ các thành phần;
g - gia tốc trọng trường, m/s2
;
 - vận tốc góc; rad.s-1
 - hệ số chứa của thùng máy trộn;
t - thời gian trộn, s
1.2.6. Nghiên cứu cơ bản về cánh khuấy
Một số nghiên cứu về cánh khuấy [24], [32], [35] cho thấy
* Cánh dòng chảy hướng trục (Axial Flow Impellers)

27. 14
Hình 1.6. Dạng cánh khuấy dòng chảy hướng trục [30]
Dạng cánh quạt (marine propeller): Đây là kiểu cánh đã được thiết kế có
từ lâu đời, được sử dụng trong các bể khuấy nhỏ để khuấy trộn chất rắn, chất
huyền phù hoặc dùng trong quá trình truyền nhiệt. Do thường được chế tạo
bằng phương pháp đúc, cho nên cánh rất nặng khi có kích thước lớn.
Dạng tuabin cánh nghiêng (pitched blade turbine): Thiết kế bao gồm
nhiều cánh gắn đối xứng trên trục bằng vít hoặc mối hàn. Loại này có trọng
lượng nhỏ hơn dạng cánh quạt có cùng đường kính. Cánh có thể tạo ra góc bất
kỳ với trục từ 10 đến 900
. Khi hoạt động, cánh tạo ra dòng chảy hỗn hợp dọc
trục và xuyên tâm, tốc độ khuấy chậm từ 20÷100 vòng/phút. Dạng cánh này
phù hợp với khuấy trộn dung dịch có độ nhớt trung bình
Dạng cánh lưỡi lẹm (retreat blade impeller): Dạng cánh khuấy này được
phát triển bởi Công ty Pfaudler, đặc biệt sử dụng cho các lò phản ứng tạo lớp
thủy tinh lót dùng để chứa chất lỏng ăn mòn cao.
Dạng cánh 2 lưỡi (Mig and Intermig): Đây là sản phẩm được phát triển
bởi công ty Ekato, cánh khuấy gồm hai lưỡi cánh đặt dọc trục, có 2 dạng: Mig
và Intermig, Thiết kế này chủ yếu là cho các chất lỏng có độ nhớt cao, có tỉ lệ
đường kính cánh khuấy / đường kính thùng cao (D / T > 0,7). Phần lưỡi ngoài

28. 15
của Intermig có hai phần so le được thiết kế để dòng chảy trục rõ ràng hơn và
một số điện năng tiêu thụ thấp hơn. Loại Mig được sử dụng cho máy khuấy
cho tỷ lệ chiều cao chất lỏng / đường kính thùng cao (H / T = 1) , 2 loại cánh
này đặc biệt thích hợp trong khuấy các chất kết tinh với lưu lượng thấp.
* Cánh dòng chảy hướng tâm
Hình 1.7. Dạng cánh khuấy dòng chảy hướng tâm [30]
Giống như dạng cánh bơm tuabin dòng chảy dọc trục, cánh khuấy dòng
chảy hướng tâm thường được sử dụng cho chất lỏng có độ nhớt thấp và trung
bình. Mặc dù chúng có thể được sử dụng cho bất kỳ loại khuấy trộn đơn hoặc
đa pha, nhưng hiệu quả nhất khi khuấy dạng khí - lỏng và lỏng-lỏng. So với
dạng cánh khuấy dòng chảy dọc trục, chúng cung cấp mức độ xáo trộn cao
hơn với công suất thấp hơn.
Cánh dòng chảy hướng tâm có dạng đĩa (tuabin Rushton) có thể có lưỡi
phẳng hoặc cong (tuabin backswept). Loại tuabin Rushton cung cấp dòng
chảy xuyên tâm đồng đều hơn so với dạng cánh Backswept. Tuabin Rushton
được xây dựng với sáu cánh thẳng đứng trên đĩa. Kích thước tương đối chuẩn
của chiều dài cánh là D/4, của chiều rộng lưỡi là D/5, và đường kính đĩa từ
(0,66 ÷ 0.75) D. Tuabin backswept có sáu lưỡi cong với hệ số công suất thấp
hơn so với các tuabin Rushton 20%. Các backswept chống sự tích tụ vật liệu

29. 16
trên lưỡi. Nó cũng ít bị xói mòn nên được ứng dụng trong công nghiệp xử
lý chất thải nói chung và xử lý chất xơ trong các ngành công nghiệp giấy
và bột giấy.
* Cánh thủy lực (Hydrofoil Impellers):
Cánh ngầm có ba hoặc bốn lưỡi xoắn nhọn và đôi khi đầu cánh được
mép tròn. Dạng cánh này có hệ số công suất thấp, dòng chảy mạnh, tiêu thụ
điện năng thấp hơn so với tuabin cánh nghiêng. Các dòng chảy mạnh hơn
theo hướng bơm nhưng dòng chảy xoáy của cánh không mạnh mẽ như dạng
cánh tuabin hướng chảy dọc trục. Lightnin A310, Chemineer HE3 và EMI
Rotofoil là những dạng cánh rất hiệu quả trong công nghệ khuấy trộn chất
lỏng và chất rắn. A315 Lightnin và Prochem Maxflo có hiệu quả cho sự phân
tán khí trong hệ thống khuấy trộn lỏng - rắn.
Hình 1.8. Dạng cánh thủy lực [30]
* Cánh cắt (High-Shear Impellers)
Cánh cắt vận hành ở tốc độ cao và được sử dụng cho việc bổ sung giai
đoạn thứ hai (ví dụ, khí, lỏng, rắn, bột) vào nghiền, tán bột màu. Trong
những dạng cánh cắt phổ biến, dạng Sawtooth hoạt động ở tốc độ cao nhất, và
cũng tạo lên sự rối loạn trong dung dịch là nhiều nhất

30. 17
Hình 1.9. Dạng cánh cắt [30]
1.2.7. Vị trí đặt cánh khuấy
Nghiên cứu về vị trí đặt cánh khuấy nhằm để cánh chịu một lực cản nhỏ
nhất cho phép khi chuyển động. Để thực hiện được điều đó, cánh trộn có hình
dạng để áp suất biến thiên dọc theo cánh, sao cho nơi mà áp suất tăng, sự biến
thiên phải xảy ra chậm.
Góc nghiêng tạo bởi bề mặt cánh và trục nằm ngang thông thường lấy
khoảng 40 ÷ 500
đảm bảo cho lực nâng cánh Fx bằng không; khi đó lực cản
chuyển động của cánh và dung dịch tỉ lệ với .v2
. Trong đó  là khối lượng
riêng của dung chất. Nếu tính đến độ dài của cánh trộn l, ta có thể viết:
Fy = A. . v2
. . lx . ly. lz (1.8)
Hằng số A được xác định bằng thực nghiệm, nó phụ thuộc vào góc .
Với loại cánh trộn có chiều dài rất lớn, khi đó lực nâng tỉ lệ với chiều dài
và hằng số A chỉ phụ thuộc vào dạng của profin tiết diện ngang của cánh.
Trong cơ học, nhiều tác giả dùng hệ số nâng cánh theo công thức sau:
zx
y
y
llv
F
C
....
2
1 2

 (1.9)
Loại cánh trộn dài, hệ số nâng tỉ lệ với góc , không phụ thuộc vào vận tốc
chuyển động:

31. 18
C = A. (1.10)
1.3. Đặc điểm dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180
Dung dịch là dầu pha đa dụng được sản xuất từ dầu gốc đặc biệt, tác
nhân liên kết và các chất nhũ hoá ở mức cao tạo ra một hệ nhũ rất bền ngay cả
với nước tương đối cứng và ở nồng độ dung dịch cao. Có tính năng tẩy rửa và
dung lượng kiềm cao, ít tạo bọt, cùng với chất diệt khuẩn giúp chống nhiều
loại vi sinh vật thường có trong các bể chứa dung dịch.
Ứng dụng dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180
 Các công đoạn gia công nhẹ như khoan, bào, phay, cưa và tiện trên các
loại thép cac - bon và thép hợp kim khác nhau từ mềm đến vừa, đặc biệt khi
sử dụng mũi cắt các – bít.
 Được chỉ định sử dụng cho các công đoạn mài mà thường cần có một
dung dịch nhũ rất sạch để lắng nhanh các mạt kim loại.
 Các dung dịch cắt gọt kim loại có chứa nước như các dung dịch nhũ
dầu không bao giờ được dùng cho gia công ma -giê vì có thể gây cháy hoặc
nổ. Sản phẩm của Caltex đựơc khuyến nghị để gia công những kim loại này là
Almag Oil.
Pha trộn dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180
 Caltex Aquatex 3180 khi pha trộn với nước tạo nên dung dịch nhũ
trắng sữa. Có thể sử dụng với nước có độ cứng toàn phần đến 200mg/l. Luôn
luôn pha dầu vào nước (không làm ngược lại);
 Nồng độ phần trăm khi pha trộn. Đối với gia công cắt gọt thông
thường: 5 - 10%; đối với mài: 5%; Độ nhớt của hỗn hợp là 29,4 mPa.s.
Ƣu điểm dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180
 Gia công cắt gọt và mài hiệu quả:
Hàm lượng chất tẩy rửa cao giúp ngăn chặn phoi và mạt vụn bám lên đĩa
mài, đồng thời giúp tẩy sạch và lắng các phoi gia công. Do ít tạo bọt nên rất
thuận lợi cho các công đoạn gia công trên máy có tốc độ cao.

32. 19
 Độ chính xác và độ bóng bề mặt cao
Đặc tính làm mát và bôi trơn rất tốt của dung dịch nhũ giúp hạ nhiệt ở
vùng cắt gọt, giảm ma sát giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công giúp đạt độ
chính xác về kích thước cũng như chất lượng bề mặt gia công cao. Hàm lượng
chất tẩy rửa cao giúp đĩa mài làm việc dễ dàng và đạt được sự hoàn thiện bề
mặt tuyệt hảo.
 Giảm chi phí bảo trì
Hàm lượng chất tẩy rửa cao giúp làm sạch và lắng bụi mài, kéo dài tuổi
thọ đĩa mài. Thành phần dầu gốc trong nhũ được chọn lọc để bảo vệ chống rỉ
hữu hiệu cho máy và chi tiết. Hàm lượng kiềm cao cho phép trung hoà
lượng axit gia tăng trong quá trình sử dụng.
 Kéo dài thời gian sử dụng của dung dịch
Sự phối trộn hợp lý dầu gốc, chất nhũ hoá và các tác nhân liên kết giúp
tạo nên hệ nhũ ổn định và bền trong thời gian dài. Dung lượng kiềm cao giúp
cải thiện khả năng chống xuống cấp nhũ do vi khuẩn. Thành phần diệt khuẩn
hữu hiệu cho phép chống vi sinh vật.
Nhận xét
Dung dịch Caltex Aquatex 3180 sau khi pha với tỉ lệ 5% với nước, có độ
nhớt của hỗn hợp là 29,4 cts (29,4 mPa.s). Kết quả nghiên cứu trên hình 1.5
cho thấy, độ nhớt này phù hợp với lựa chọn kiểu máy khuấy cơ khí dạng cánh
quạt hoặc turbine cánh, tuy nhiên, phân tích tại mục 1.1.6 chỉ ra thiết kế dạng
turbine cánh đơn giản hơn, nhẹ hơn loại cánh quạt có cùng kích thước đường
kính, phù hợp với quá trình khuấy trộn dung dịch có độ nhớt trung bình, mặt
khác, kết luận tại mục 1.1.3 cho thấy, thiết kế này phù hợp với khuấy trộn
dung dịch dầu và nước và cho thời gian khuấy trộn nhỏ, từ đó dẫn đến công
suất tiêu thụ nhỏ, giảm chi phí sản xuất.
Turbine cánh có thể có dạng 6 cánh hoặc 3 cánh, tuy nhiên dạng 3 cánh
có hệ số công suất nhỏ hơn với chất lỏng có cùng độ nhớt (hình 1.3)

33. 20
1.4. Nghiên cứu thiết kế máy khuấy dung dịch
Nghiên cứu trên thế giới về máy trộn đã có từ hơn nửa thập kỷ, các công
ty về thiết bị khuấy nổi tiếng như Mixtec Philadelpia, công ty Barnarnt... đã
giới thiệu rất nhiều sản phẩm máy trộn đa dạng với nhiều dòng sản phẩm cho
các lĩnh vực khác nhau, các thiết kế này cơ bản cũng dựa trên các kết quả
nghiên cứu về máy khuấy trộn lỏng – lỏng, đồng thời có những thông tin khác
biệt về thiết kế máy dựa vào các kết quả nghiên cứu chuyên biệt cho những
mục đích, vật liệu và điều kiện khuấy trộn khác nhau.
Ở Việt Nam, đã có những nghiên cứu về máy trộn, nhưng vẫn đang tập
trung cho lĩnh vực công nghệ trộn chất rắn trong lĩnh vực công nghiệp xây
dựng, công nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi, nghiên cứu về trộn chất lỏng –
lỏng trong lĩnh vực hóa chất hiện nay còn đang bỏ ngỏ [4], [5], [6], [7], [8],
[9], [10], [14]. Các thiết kế, vận hành đang sử dụng phần lớn trong các phòng
thí nghiệm tại các trường Đại học hoặc Viện nghiên cứu mà chưa có công bố
áp dụng cụ thể vào thực tế.
Đề tài tập trung nghiên cứu thực nghiệm về máy khuấy cơ khí Turbine 3
cánh, dựa trên các kết quả nghiên cứu đã có trên thế giới về thời gian trộn,
công suất trộn, chế độ động học của máy trộn thông qua hệ số Re, đồng thời
tiếp tục thực nghiệm về tốc độ quay của trục chính n, góc nghiêng cánh α, khe
hở giữa cánh khuấy và đáy thùng h, từ đó chế tạo máy khuấy dung dịch
Caltex Aquatex 3180, ứng dụng tại Nhà máy công ty TNHHMTV Cơ khí hóa
13 tại Tuyên Quang. Hiện nay trên thị trường có bán các thiết bị khuấy trộn
nhưng với giá thành cao, kết cấu, tính năng và thông số công nghệ có sẵn và
bí mật nên không phù hợp với điều kiện sản xuất riêng của đơn vị. Việc chế
tạo một thiết bị khuấy trộn theo các tiêu chuẩn phù hợp sẽ giúp chủ động về
kết cấu, năng suất, thiết lập thông số công nghệ và giảm đáng kể về giá thành.

34. 21
Kết luận chƣơng 1
1. Nghiên cứu, thiết kế máy khuấy dung dịch là một lĩnh vực nghiên cứu
mới tại Việt Nam và phù hợp với yêu cầu của thực tế;
2. Thiết kế máy khuấy cơ khí dạng turbine 3 cánh phù hợp để khuấy
trộn dung dịch Caltex Aquatex 3180 sau khi pha với tỉ lệ 5% với nước, có độ
nhớt là 29,4 cts ( 29,4 mPa.s) nhằm đặt được độ đồng nhất trên 95% với thời
gian trộn ngắn và công suất thấp ( mục 1.1.1; 1.1.3; 1.1.6);
3. Thông số về thời gian trộn, công suất trộn, chế độ động học của máy
trộn thông qua hệ số Re, góc nghiêng của cánh của máy khuấy sẽ được tính
toán, lựa chọn thiết kế trong chương 3, các thí nghiệm trong chương 4 sẽ chỉ
ra các thông số phù hợp được nhằm đạt được mục đích nghiên cứu. Những
kết luận và kiến nghị sẽ được đưa ra trong phần cuối của báo cáo đề tài.

35. 22
Chƣơng 2
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình khuấy
Trong công nghệ khuấy trộn hóa chất, nguyên liệu được chuyển động
trong điều kiện có tác dụng của cánh trộn, về mặt cấu trúc vật lý có thể xem
như quá trình khuấy chất rắn - lỏng, rắn - khí, hoặc lỏng – lỏng. Trường hợp
cuối cùng được gọi là dòng lưu chất hai pha.
Dòng hai pha thường gặp trong tự nhiên. Trong kỹ thuật, dòng hai pha
được ứng dụng ở thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị hóa chất, công nghệ chế biến
thực phẩm, chế biến thức ăn chăn nuôi v.v… Cụm từ hai pha dùng để biểu
diễn khối lưu chất cùng cấu trúc vật lý. Trong dòng hai pha, các pha khác
nhau có sự tương tác lẫn nhau, làm thay đổi hình dạng mặt phân cách, chuyển
từ dạng dòng chảy này sang dòng chảy khác, vì vậy dòng chảy hai pha thường
được phân ra chế độ dòng khác nhau với phương pháp nghiên cứu khác nhau.
Động lực học dòng hai pha, khả năng chuyển pha là những hiện tượng rất
phức tạp (vị trí phân cách, điều kiện vách phức tạp v.v...). Thuật ngữ truyền
thống được dùng để phân loại dòng hai pha là “kiểu dòng chảy” với chế độ
thay đổi theo thời gian
2.1.1. Ảnh hƣởng của quá trình khuấy trộn đến quá trình chuyển khối
của dòng hai pha
Sự chuyển khối (nói chung) xảy ra giữa hai pha đứng yên hoặc giữa hai
pha chuyển động, quá trình khuấy trộn sẽ làm cho hai pha chuyển động tương
đối với nhau.
Theo [1] phương trình chuyển khối như sau:
JA = k (C1- C2) (2.1)
Trong đó:
- JA là khối lượng chất A khuyếch tán từ pha 1 sang pha 2 trên một
đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian;

36. 23
- C1, C2 là nồng độ chất A ;
- k là hệ số thực nghiệm.
Dùng công thức chuẩn số Nuxen trong trường hợp vật liệu rời 2 pha:
b
rQ
a
ekuQ RCN .. (2.2)
Trong đó:
- Hằng số C, số mũ a, b xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào
cánh trộn, thông số hình học, chế độ chuyển động;
- Rek: Chuẩn số Reynold;
- RrQ : Chuẩn số Prandtl.
rQ
e Q
p
D


Trong đó
- : độ nhớt động lực, kg/m.s;
- e: khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3
.
Nếu gọi DQ là hệ số khuyếch tán phân tử ta có chuẩn số Nuxen khuyếch tán
NuQ:
Q
kA
uQ
D
DK
N  (2.3)
- Dk là đường kính cơ cấu khuấy;
- KA là hệ số tỉ lệ.
Như vậy:
b
Qe
a
k
Q
kA
D
Dn
C
D
DK















.
... 2




Để nghiên cứu dòng vật liệu rời, cần xem xét lực tác dụng lên chúng.
Vật liệu rời chịu tác dụng bởi những lực sau:
+ Lực bề mặt, bao gồm: áp lực, lực ma sát, phản lực từ thành tác dụng
lên cánh đảo, trộn v.v...;
+ Lực khối: trọng lực, lực quán tính.

37. 24
Khi giải một bài toán về dòng chuyển động vật liệu rời, cần áp dụng
nguyên lý cơ bản của cơ học, vật lý học.
- Nguyên lý bảo toàn khối lượng;
- Nguyên lý bảo toàn động lượng và moment động lượng;
- Nguyên lý bảo toàn năng lượng.
Với một phần tử vật liệu có thể biểu diễn:
 (x,y,z, t) - khối lượng riêng;
p (x,y,z, t) - áp suất;
 (x,y,z,t) - nhiệt độ;
v (x,y,z,t) - vận tốc.
Thường kí hiệu p là áp suất, đạo hàm theo x là p/x.
+ Nguyên lý bảo toàn khối lượng.
Lượng gia tăng khối lượng trong phần tử vật liệu = khối lượng thực tế
được nhận vào phần tử vật liệu.
Lượng gia tăng khối lượng trong phần tử vật liệu được biểu diễn
zyx
t
zyx
t





 
 )...( (2.4)
+ Phương trình bảo toàn động lượng.
Lượng biến đổi động lượng của phần tử vật liệu với cạnh x, y, z sẽ là:
zyx
Dt
Du
 ... ; zyx
Dt
Dv
 ... ; zyx
Dt
Dw
 ... (2.5)
Lực tác dụng lên phân tử vật liệu gồm: lực bề mặt (áp lực ma sát) và lực
khối (trọng lực, lực quán tính) theo các phương x, y và z
Mx
zxyxxx
S
zyx
p
Dt
Du












)(
(2.6)
My
zyyy
S
zy
p
x
xy
Dt
Dv












)(
( 2.7)
Mz
zzxyxz
S
z
p
yxDt
Dw










)( 
 (2.8)

38. 25
Các thành phần SMx, SMy, SMz biểu diễn tác dụng của lực lên toàn khối
(gọi là lực khối)
+ Phương trình năng lượng
Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng ta có: lượng biến đổi năng lượng
của phần tử vật liệu bằng tổng lượng nhiệt mà lưu chất tiếp nhận công do các
lực bề mặt sinh ra trong quá trình trao đổi nhiệt, công do các lực tác dụng bề
mặt sinh ra trong phần tử vật liệu và nguồn năng lượng SZ phát sinh trong
phần tử đó.
              
        E
zzyzxz
zyyyxyzxyxxx
STgradkdiv
z
u
y
w
x
w
z
u
y
v
x
v
z
u
y
u
x
u
pudiv
Dt
DE
























)(.]
[



(2.9)
Như vậy, đối với vật liệu rời nén được, phương trình trạng thái cho ta
mối liên hệ giữa một bên là nội năng và bên kia là phương trình bảo toàn khối
lượng, động lượng thông qua biến đổi khối lượng riêng.
Với vật liệu rời không nén được (vận tốc nhỏ)  = const, dòng lưu chất
thường đựơc giải quyết thông qua phương trình bảo toàn khối lượng, động
lượng. Trường hợp liên quan đến trao đổi nhiệt, thì sử dụng phương trình
năng lượng.
Các phương trình trên (2.6, 2.7) chưa xác định tính nhớt i,j của vật liệu
rời, vì vậy cần xác định thành phần ứng suất i,j .
- Theo giả thiết của Newton, thành phần xx , yy , zz là hàm của biến
dạng theo chiều dài của vật liệu.
divu
x
u
xx .
3
2
.2  



divu
y
v
yy .
3
2
.2  


 (2.10)
divu
z
w
zz .
3
2
.2  




39. 26
Nếu vận tốc biến dạng nhỏ, ứng suất ma sát được tính theo:












y
u
x
v
yxxy 












z
v
y
w
zyyz  (2.11)












x
u
z
w
zxxz 
Thực hiện một số biến đổi, nhận được hệ phương trình Navie - Stockes
MxS
x
z
w
y
v
x
u
z
u
y
u
x
u
x
p
Dt
Du








































32
2
2
2
2
2


MyS
y
z
w
y
v
x
u
z
u
y
u
x
u
y
p
Dt
Dv








































32
2
2
2
2
2

 (2.12)
MzS
z
z
w
y
v
x
u
z
u
y
u
x
u
z
p
Dt
Du








































32
2
2
2
2
2


Như vậy phương trình Navie-Stockes có thể viết dưới dạng thích hợp
để sử dụng trong tính toán bằng phương pháp số:
MxSgradudiv
x
p
Dt
Du



 ).(
MySgradvdiv
y
p
Dt
Dv



 ).( (2.13)
MzSgradwdivz
y
p
Dt
Dv



 ).(
Trong các phương trình trên
- Khối lượng riêng:
V
M
thetinh
khoiluong


 ;
- Trọng lượng riêng:  là trọng lượng của một đơn vị thể tích:

40. 27
V
G
thetich
trongluong



- Hệ số ma nén thể tích:
p
V
V 

 .
1

V- Thể tích ban đầu;
V – lượng biến đổi thể tích tương ứng biến đổi áp suất p.
- Sự dãn nở vì nhiệt:
t
V
V 

 .
1

- Ứng suất nhớt được xác định bằng biểu thức toán học sau:
dn
du
S
T
. 
Trong đó:
- T là lực ma sát trên diện tích tiếp xúc giữa hai lớp vật liệu xảy ra
hiện tượng nội ma sát S;
-
dn
du
là gradient vận tốc theo phương n thẳng góc với dòng
chuyển động;
- µ- hệ số tỉ lệ, còn gọi là hệ số nhớt động lực. Ký hiệu hệ số nhớt
động lực µ được đo bằng Poazơ (P) giá trị: 1P = 1Pa.S = 1 Ns/m2
.
Ngoài ra, cùng với hệ số nhớt động lực , người ta còn biểu thị chế độ
nhớt bằng hệ số nhớt động học .
Hệ số nhớt động học:


 
Đơn vị:  là m2
/s;  có đơn vị là Stốc (St),
(mỗi một St = 1cm2
/s = 10-4
m2
/s)
Kết quả trên cho thấy, các phương trình vi phân nhiều ẩn số không thể
giải bằng phương pháp giải tích mà chỉ dùng để xác định dạng và số chuẩn số.
2.1.2. Ứng dụng phƣơng trình Navie-stocks trong công nghệ khuấy trộn
Vật lý hiện đại coi chất lỏng là chất có độ liên kết nhỏ, có sự chuyển
dịch của các phần tử. Khi lực tác động (nhỏ) vào chất lỏng nhớt, các chất

41. 28
đó thay đổi hình dáng, tuy nhiên không thể làm việc ở trạng thái kéo và
cũng không có khả năng chống kéo. Có thể coi độ nhớt của chất lỏng
Newton (với lực ma sát trong) mang đặc tính gần giống như độ nhớt của
chất lỏng nhớt, thể hiện khả năng chống lại sự xáo trộn giữa các lớp chất
lỏng.
Với quan điểm nêu trên, trong quá trình xây dựng phương trình chuyển
động động lực học chất lỏng, qua thực nghiệm tìm mối quan hệ giữa các yếu
tố tạo nên lực cản chuyển động. Viện sĩ Landau L.D và E.M Lifsitx [11] đã đề
xuất không nên dùng phương trình Navie-Stokes vì quá phức tạp, không thể
giải được dạng toàn phương và chỉ dừng lại ở một vài trường hợp đặc biệt đối
với một số điều kiện ban đầu. Viện sĩ Xedov L.I [15] sau này là GS. TSKH.
I.Gheoghiep đã ứng dụng lý thuyết đồng dạng, phép phân tích thứ nguyên
trên cơ sở phương trình Navie-Stokes, xác định điều kiện chuyển động theo
tập hợp không thứ nguyên các chuẩn số đồng dạng:
22
.
;
.
;
.3
1
;
.
;1



 lgp
ll
Từ đó có thể thay bằng các chuẩn số sau:












23
2
2
1
.
;
.
;
..




p
E
lg
F
l
R
u
r
e
(2.14)
Với : p - chi phí áp suất, N/m2
;
– tốc độ, m/s;
 - khối lượng riêng, kg/m3
;
 - độ nhớt động lực,kg/m.s;
l - Chiều dài trục, m;
g - gia tốc trọng trường m/s2
.

42. 29
Hay: Eu = f(Re,Fr) (2.15)
Trong đó
- Chuẩn số Eu: chi phí áp suất để khắc phục lực cản ma sát trong quá
trình vật liệu trộn chuyển động trong buồng trộn;
- Chuẩn số Re: thể hiện khả năng chuyển động của dòng;
- Chuẩn số Fr: nêu lên ảnh hưởng của trọng lượng trong chuyển động
của vật chất
2.1.3. Một số thông số ảnh hƣởng đến quá trình khuấy trộn
Nghiên cứu tại chương 1 Mục 1.1.1 về chế độ động học khi khuấy trộn
cho thấy có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến việc tiêu thụ năng lượng của
máy khuấy trộn cũng như độ đồng nhất của dung dịch. Tuy nhiên, mức độ
ảnh hưởng của các yếu tố này rất khác nhau, để phép đo mức độ ảnh hưởng
chính xác, cần phải chọn nhiều thông số và thực nghiệm nhiều lần, điều này
gây khó khăn trong chế tạo mô hình thí nghiệm và thực nghiệm.
Thông thường, khi nghiên cứu về lĩnh vực thiết kế và chế tạo máy phần
lớn các tác giả tiến hành thực nghiệm đa yếu tố với các thông số đầu vào đều
là các thông số độc lập [12], [13], nếu số lượng các thông số đưa vào và số
lần tiến hành thực nghiệm càng nhiều thì kết quả thực nghiệm có độ tin cậy
càng cao. Tuy nhiên, quá trình khuấy chất lỏng là quá trình rất phức tạp, hơn
nữa, việc tiến hành nhiều thí nghiệm với các thông số độc lập không chỉ mất
nhiều thời gian, kinh phí trong nghiên cứu mà các quá trình vật lý cũng không
được mô tả đầy đủ. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng việc ứng dụng
phương pháp mô hình đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên. Khi thực
nghiệm, các thông số độc lập có thể được thay bằng các chuẩn số đồng dạng
theo phương pháp chọn một thành phần làm đơn vị và so sánh các thành phần
khác với nó. Khi đó, bộ chuẩn số độc lập nhận được sẽ đặc trưng cho tính
đồng dạng của quá trình xảy ra trong hệ. Phương pháp này cho phép giảm số
lần thực nghiệm nhưng vẫn có khả năng khảo sát nhiều thông tin vào độc lập

43. 30
để đảm bảo độ tin cậy của kết. Trên cơ sở đó, đề tài đã xây dựng các chuẩn số
đồng dạng và thực nghiệm trên máy khuấy dung dịch đã thiết kế. Đây là một
ứng dụng mới khi vận dụng phương pháp mô hình đồng dạng và phép phân
tích thứ nguyên.
Năng suất khuấy trộn Q phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
Q = f (D, , Lc, T, , h, d,, ,µ,g) (2.16)
Các đại lượng trong phương trình trên đựợc thể hiện ở bảng dưới đây.
Bảng 2.1. Các thông số liên quan đến quá trình trộn
TT
Các đại lƣợng
Thứ nguyên:
M
.L
.T
Ký
hiệu
Tên   
1 D Đường kính của cánh trộn 0 1 0
2  Tốc độ góc của trục trộn 0 0 -1
3 Lc Chiều dài của trục trộn 0 1 0
4 T Đường kính thùng trộn (l1) 0 1 0
5  Hệ số điền đầy 0 0 0
6 h
Khoảng cánh giữa vị trí cánh và đáy
thùng
0 1 0
7 d Đường kính của trục trộn 0 1 0
8 α
Góc nghiêng của cánh trộn và trục
trộn
0 0 0
9 Q Năng suất 1 0 -1
10  Khối lượng riêng 1 -3 0
11 µ
Hệ số ma sát giữa vật liệu và bề mặt cơ
cấu trộn
1 0 -3
12 g Gia tốc trọng trường 0 1 -2
Trong bảng trên:
M - Khối lượng, kg;
L -Chiều dài, m;
T - Thời gian, s.
Chọn đại lượng cơ bản: D, , g; Định thức của chúng là:

44. 31
0
210
031
010













Điều đó chứng tỏ các đại lượng cơ bản chọn là phù hợp.
Theo phương trình thứ nguyên, các chuẩn số nhận được sẽ là:
;
5
1
gD
Q

  rcF
g
D
 2 ; ;3
D
Lc
 ;4
D
h

;5
D
T
 ;6
D
d
 7 =α ; 8 = µ; 9 = ;
Trong đó 2 là chuẩn số Frut (Fr) đặc trưng khi nghiên cứu tính chất dịch
chuyển của dòng có xét tới ảnh hưởng của trọng lực. Chuẩn số Fr là tỉ số giữa
lực quán tính và lực trọng trường.
Theo định lý , phương trình biểu diễn 1 được viết dưới dạng:






 



 ,,,,,,,
2
5
1
D
d
D
h
D
T
D
L
g
D
gD
Q c
(2.17)
Để giảm được thông số “vào”, thay thế các thông số độc lập trong bảng
2.1 bằng các chuẩn số như phương trình (2.2). Khi tiến hành thực nghiệm các
chuẩn số đồng dạng trên máy khuấy đã thiết kế với cùng một điều kiện, với
D, d, T, Lc, µ, không đổi. Các thông số thay đổi là , h, α, lần lượt đặc trưng
cho các chuẩn số:
rcF
g
D
 2 ; ;4
D
h
 7 =α.
Đây cũng chính là các thông số “vào” khi tiến hành thực nghiệm
Như vậy:
- Các chuẩn số ảnh hưởng đến quá trình khuấy trộn dung dịch thể hiện
qua phương trình (2.17)
- Phân tích trên cho thấy các thông số đầu vào trong nghiên cứu mô hình
máy khuấy trộn bao gồm 9 chuẩn số đồng dạng i (i = 1...9) thay vì 12 thông số

45. 32
độc lập (Bảng 2.1). Điều này cho phép giảm số thí nghiệm, đồng thời vẫn đưa
ra được nhiều thông số “đầu vào” là cơ sở để xác định và đánh giá ảnh hưởng
của chúng đến độ đồng đều của dung dịch
2.2. Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm
Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ đồng nhất của
dung dịch, luận văn áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố. Với
phương pháp này cần xác định được thông số đầu vào, các khoảng nghiên cứu,
các mức biến thiên, khoảng biến thiên thích hợp.
2.2.1. Chọn thông số thí nghiệm
Trong điều kiện và khuôn khổ của đề tài, cùng với kết quả tính toán đã
nêu trên, luận văn chọn những thông số chính ảnh hưởng đến độ đồng nhất
của dung dịch là:
- Chọn x1 = rcF
g
D
 2 .
Để thay đổi x1 ta thay  thông qua tốc độ vòng quay n; hay x1 = n
(vòng/phút); Đây là chuẩn số đặc trưng cho tính chất dịch chuyển của dòng
vật liệu có xét tới ảnh hưởng của trọng lực;
- Chọn x2=  7 (độ);
- Chọn x3= 4; do thực nghiệm trên 01 máy mô hình, kích thước máy
không thay đổi, vì vậy để thay đổi x3 ta thay đổi khoảng cách h;
hay x3 = 4= h (mm);
n, v/ph
α, độ
h, mm
Quá trình khuấy
trộn
SA: Độ lệch
chuẩn
Chọn các mức biến thiên của yếu tố và vùng thí nghiệm gồm có các mức
trung bình, mức cơ sở, khoảng thí nghiệm và các mức biến thiên đối xứng qua

46. 33
mức cơ sở gọi là mức dưới và mức trên, xác định khoảng biến thiên , nếu mô
hình tuyến tính, chỉ chọn 2 mức trên và dưới.
Các giá trị thực xi của các mức đối với mỗi yếu tố được mã hoá thành:
i
ii
i
xx
x

0
 (2.18)
Trong đó: 0ix : Giá trị thực của mức cơ sở;
i : Khoảng biến thiên;
2
idit
i
xx 
 ;
idit xx , - mức trên và mức dưới;
Như vậy idit xx , , 0ix có các giá trị mã hoá bằng 1; 2; 3
2.2.2. Quy hoạch thực nghiệm bằng phƣơng pháp Taguchi.
T.s Taguchi (Nhật Bản) [16] là người đặt nền móng cho phương pháp
thiết kế chắc chắn (Robust Design), cũng là người đưa ra phương pháp thực
nghiệm mang tên ông. Mục tiêu của phương pháp Taguchi là thiết kế một quá
trình ít chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố gây ra sai lệch về chất lượng. Mục
đích là điều chỉnh các thông số đến mức tối ưu để quá trình/sản phẩm ổn định
ở mức chất lượng tốt nhất. Phương pháp Taguchi sử dụng các dãy trực giao
trong quy trình thực nghiệm. Do đó phương pháp này cho phép sử dụng tối
thiểu các thí nghiệm cần thiết để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số lên
một đặc tính được lựa chọn nào đó của một quá trình/sản phẩm từ đó nhanh
chóng điều chỉnh các thông số tiến đến tối ưu nhanh nhất. Như vậy có thể sử
dụng phương pháp Taguchi để tìm tổ hợp các thông số công nghệ của thiết bị
khuấy trộn dung dịch trơn nguội với đặc tính của dung dịch sản phẩm theo
yêu cầu.
Phương pháp Taguchi sử dụng tỉ số tín hiệu/nhiễu (signal-to-noise) S/N
được chuyển đổi từ hàm số mất mát L = k(y-m)2
, trong đó L là mất mát do sai

47. 34
lệch giá trị đặc tính y nhận được so với giá trị đặc tính m mong muốn, k là
hằng số. Tỷ số S/N được xây dụng và chuyển đổi để tính toán cho 03 trường
hợp chính:
 Nếu giá trị đặc tính yi cần đạt “lớn hơn tốt hơn” thì:
2
1
1 1
/ N 10log
n
L
i i
S
n y
 
   
 
 (2.19)
 Nếu giá trị đặc tính yi cần đạt “nhỏ hơn tốt hơn” thì:
2
1
1
/ 10log
n
S i
i
S N y
n 
 
   
 
 (2.20)
 Nếu giá trị đặc tính yi cần đạt “định mức tốt nhất” thì:
2
/ 10logT
y
y
S N
S
 
   
 
(2.21)
Trong đó n, S, lần lượt là số thí nghiệm, độ lệch chuẩn và giá trị trung
bình.
Trong mọi tường hợp, tỷ số S/N càng lớn thì đặc tính nhận được càng
tốt.
Phương pháp Taguchi do không sử dụng toàn bộ các tổ hợp thí nghiệm
trên nên không đưa ra được một con số chính xác về ảnh hưởng của một
thông số đầu vào nào đó đến kết quả đầu ra mà chỉ mang tính chất định
hướng. Mặc dù vậy, bằng việc đánh giá qua tỷ số S/N giúp những nhà công
nghệ biết xu hướng và mức độ ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đến
kết quả đầu ra. Từ các nhận biết này sẽ giúp các nhà nghiên cứu nhanh chóng
tìm ra các thông số công nghệ và phạm vi cần tác động để nhận được hiệu quả
đầu ra tốt nhất. Trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng riêng lẻ các thông số có thể
tìm ra được tổ hợp các thông số công nghệ tối ưu cho kết quả đặc tính đầu ra
mong muốn.
Nhiều nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1970 đã chỉ ra rằng
phương pháp Taguchi có thể sử dụng cho nghiên cứu hàn lâm, cũng như cho

48. 35
những ứng dụng trong sản xuất, và đặc biệt phù hợp cho những người có hiểu
biết hạn chế về thống kê [3], [12], [33], [16].
Mục đích của nghiên cứu này là sử dụng phương pháp Taguchi trợ giúp
bằng phần mềm MINITAB 16 để tìm ra các thông số công nghệ hợp lý:
khoảng cách cánh, góc nghiêng cánh và tốc độ khuấy trộn của cánh tới độ
đồng đều của dung dịch pha trộn
Việc thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi được tiến hành theo
sơ đồ hình 2.1
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi

49. 36
Ở đây, thực nghiệm có 3 thông số với 3 mức nên ma trận trực giao L9
được sử dụng có dạng như bảng 2.2.
Bảng 2.2. Ma trận trực giao L9 theo Taguchi có 3 thông số và 3 mức
Số thí nghiệm P1 P2 P3
1 1 1 1
2 1 2 2
3 1 3 3
4 2 1 2
5 2 2 3
6 2 3 1
7 3 1 3
8 3 2 1
9 3 3 2
2.2.3. Phƣơng pháp xác định độ đồng nhất của hỗn hợp sau khi trộn
Theo định nghĩa chung độ trộn đều là một đặc trưng định lượng của quá
trình trộn, được xác định bằng tỷ số khối lượng của một chất thành phần trong
mẫu phân tích với khối lượng của thành phần chất đó được quy định trong
hỗn hợp.
Khi trộn đều một thể tích (khối lượng) có giá trị a của chất A với một thể
tích (khối lượng) b của chất B để tạo hỗn hợp đồng nhất AB, tỷ lệ thể tích
(khối lượng) của A và B trong hỗn hợp lý tưởng được tính theo công thức:
ba
a
CA

 ;
ba
b
CB

 (2.22)
Nếu chất lượng trộn đều là lý tưởng mọi mẫu lấy bất kỹ sẽ có các giá trị
CA như nhau, CB cũng như nhau. Trong thực tế CA và CB ở mỗi phần thể tích
sẽ khác nhau do ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình trộn. Nếu sự khác
nhau này càng ít thì hỗn hợp càng gần với hỗn hợp lý tưởng.
Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp thực ta có thể sử dụng đại
lượng “Sai lệch bình phương trung bình” [1]. Nếu thể tích Vi của hỗn hợp có
thành phần chất A là CiA:

50. 37
 
 


N
i
iAA
A
N
CC
S
1
2
2
1
(2.23)
Trong đó:
CA: thành phần chất A trong hỗn hợp lý tưởng;
CiA: thành phần chất A trong thể tích mẫu Vi;
N: số thể tích mẫu Vi.
SA: độ lệch chuẩn của tập mẫu A
Như vậy SA càng nhỏ thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao, càng
gần với hỗn hợp lý tưởng.
X.V. Melnhicop [1] đã dùng hệ số biến động YK trong thống kê để đánh giá
mức độ đồng nhất của hỗn hợp trộn.
100).1(
0A
A
K
C
S
Y  (2.24)
Trong đó CA0 là giá trị trung bình chất A của các mẫu.
Giá trị của SA và SB phụ thuộc vào thời gian trộn . Quan hệ đó biểu diễn trên
hình 2.2
Hình 2.2. Quan hệ giữa độ sai lệch bình phương trung bình và thời gian trộn
Ngoài ra, để đánh giá mức độ trộn đều của hỗn hợp ta có thể sử dụng
một đại lượng khác là “chỉ số trộn” Is.
s
I e
s

 (2.25)
Với e là độ lệch chuẩn lý thuyết:

51. 38
n
CC BA
e
.
 (2.26)
Thay các biểu thức (2.23) và (2.26) vào (2.25), ta được:



 N
i
iAA
BA
s
CCn
NCC
I
1
2
)(
)1(.
(2.27)
với n là số hạt trong một thể tích mẫu hỗn hợp.
Như vậy Is càng lớn thì mức độ đồng nhất của hỗn hợp trộn càng cao.
Kết luận chƣơng 2
1. Phương pháp mô hình đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên là
phương pháp nghiên cứu khoa học cho phép xác định và giải thích những qui
luật tổng quát của các hiện tượng, các quá trình xảy ra và thiết lập mối quan
hệ nghiên cứu hệ thống. Trên cơ sở phân tích các yếu tố ảnh hưởng đối với
máy khuấy trộn dung dịch (Bảng 2.1), tính các chuẩn số đồng dạng và xây
dựng phương trình chuẩn số mô tả đầy đủ quá trình vật lý xảy ra của quá trình
khuấy trộn (phương trình 2.17), đồng thời đề xuất được 3 chuẩn số cơ bản
làm thông số “vào” trong thực nghiệm (2,4, 7). Đây là cơ sở để xây dựng
mô hình thí nghiệm phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
2. Đề tài sử dụng quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi với
3 chuẩn số đầu vào 3 mức và yếu tố ra độ đồng nhất của dung dịch. Kết quả
của bài toán quy hoạch thực nghiệm được sử dụng để tiếp tục tính toán, lắp
đặt máy thực trong thực tế sản xuất.

52. 39
Chƣơng 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN DUNG DỊCH
CALTEX AQUATEX 3180
3.1. Giới thiệu
Chương 3 trình bày về quá trình lựa chọn, tính toán thiết kế thiết bị máy
khuấy trộn dung địch Caltex Aquatex 3180 dạng Tusbine 3 cánh với kết cấu
thùng chứa thẳng đứng.
Mục 3.2 trình bày về việc lựa chọn các thông số kích thước hình học của
thiết bị dựa trên cơ sở thể tích lượng dung dịch cần theo thực tế tại đơn vị và
bảng lựa chọn thông số ưu tiên của khi thiết kế máy khuấy cánh sử dụng
khuấy trộn dung dịch có độ nhớt động lực nhỏ hơn 102
mPa.s [1] . Mục 3.3
lựa chọn thiết kế các bộ phận chính của thiết bị. Mục 3.4 trình bày việc lựa
chọn các bộ phận khác của thiết bị. Mục 3.5 đưa ra các kết luận của chương
3.2. Lựa chọn các thông số hình học của thiết bị
Máy khuấy cánh có thùng chứa thẳng đứng là thiết bị trộn cơ khí có trục
khuấy bố trí thẳng đứng, trên trục có gắn các cánh khuấy. Để cải thiện việc
khuấy trộn thì cánh có thể thiết kế đặt nghiêng đối với mặt nằm ngang để tăng
lượng chất lỏng dịch chuyển dọc trục .
Đối với mỗi loại dung dịch có đặc tính về độ nhớt khác nhau thì có một
bảng chọn số liệu kích thước cơ bản của máy khuấy sử dụng cho dung dịch đó.
Dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180 là một dạng dung dịch dùng
để pha với nước có độ nhớt động lực là 29,4 mPa.s và khối lượng riêng là
890kg/m3
. Theo [1] ta có thể chọn kích thước cơ bản của máy khuấy theo các
tỷ lệ như sau:
 D/T = 0,6-0,9
 b/T = 0,1-0,2
 h/T = 0,1-0,3
 Y/T = 0,8-1,3

53. 40
Trong đó:
T: là đường kính thùng khuấy
D: là đường kính cánh khuấy.
b: là chiều rộng cánh khuấy
h: là khoảng cách từ cánh đến đáy thùng
Y: là chiều cao mức chất lỏng.
Căn cứ vào thể tích lượng dung dịch thực tế mong muốn đạt được sau
mỗi lần khuấy của đơn vị sản xuất là 100 l cho mỗi lần khuấy và bảng thông
số các kích thước ưu tiên như trên. Ta lựa chọn kích thước cơ bản của thiết bị
máy khuấy trộn dung địch Caltex Aquatex 3180 như sau:
+ Đường kính thùng: T= 500mm;
+ Đường kính cánh khuấy: D= 350mm;
+ Chiều rộng cánh khuấy: b= 60mm;
+ Chiều dầy thùng khuấy: S=3mm;
+ Chiều cao thùng khuấy: H= 700mm;
+ Chiều cao của 100 lít dung dịch: Y= 510mm;
+ Thể tích tối đa thùng khuấy: Vmax= 130 lít.
Hình 3.1. Kích thước thùng khuấy
b

54. 41
Hình 3.2. Thùng khuấy chế tạo thực tế
Hình 3.3. Cánh khuấy chế tạo thực tế
3.3. Tính toán thiết kế các bộ phận chính của thiết bị.
3.3.1. Xác định một số thông số chính của thiết bị
 Xác định chuẩn số Re của dung dịch.
Theo phần 3.2 ta chọn d = 0,35m;

55. 42
Dung dịch Caltex Aquatex 3180 có:
- Khối lượng riêng:  = 890 kg/m3
- Độ nhớt động lực: µ = 29,4 mPa.s
Cokolob I. A [1] cho ta bảng thông số tốc độ nên dùng của một số dạng cánh
khuấy.
Bảng 3.1. Thông số tốc độ nên dùng của một số loại cánh khuấy.
Loại cánh khuấy
Thông số
Tên gọi Trị số nên dùng
Chân vịt
Đĩa
Tua – bin
Hình nón
Cánh
Số vòng quay trong 1
giây
8,5 – 20
1,8 – 25
0,7 – 10
0,7 – 8,5
0,17 – 1,7
Với cánh khuấy đã chọn là cánh khuấy dạng cánh, ta có trị số nên dùng
của tốc độ khuấy là: N= 0,17÷1,7 vòng/giây tương đương với n= 10÷100
vòng/phút.
Ở đây ta xác định Re và công suất P tại tốc độ khuấy cao nhất:
N = 1,7; (n = 100v/p)
Thay các giá trị vào công thức 1.1 ta xác định chẩn số Re của dung dịch:
2
Re
D N

 = 7x103
Theo nghiên cứu ở mục 1.1.1 khi đó chế độ động học xảy ra của nguyên
liệu trong thiết bị là chảy xoáy rối rất phức tạp.
 Xác định hệ số công suất Po.
Từ mối liên hệ giữa chuẩn số Reynolds và hệ số công suất P0 được thể
hiện tại hình 1.3. Với loại cánh khuấy dạng cánh nghiêng 3 cánh như đã chọn
và dòng chảy có chuẩn số Re = 7x103
ta có hệ số công suất đặc trưng cho
công suất khuấy trộn:
P0  1.
 Xác định công suất P

56. 43
Thay các thông số vào (1.3) ta có công suất khuấy trộn P:
P = P0N3
d5
 = 0,22 (kW) (3.2)
Xác định thời gian trộn tm
Thể tích dung dịch cần cho mỗi lần khuấy theo thực tế: V= 100 lít.
Từ các thông số đã có, thay vào công thức 1.4 ta tính được thời gian
khuấy của thiết bị:
tm= 5,91x0,53
x(890x0,1/0,22)1/3
x(0,5/0,35)1/3
= 66 (s)
Lấy thời gian khuấy của thiết bị: tm = 70 s
3.3.2. Tính thiết kế trục, cánh khuấy
A. Tính thiết kế trục
* Lựa chọn vật liệu thiết kế trục:
Dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex là dung dịch pha trộn có độ nhớt
động lực là 0,0294 Pa.s và khối lượng riêng là 0,89kg/l. Thiết bị khuấy trộn
với vận tốc khuấy chậm và diện tích cánh nhỏ, trục mang cánh khuấy trong
thùng khuấy trộn dung dich trơn nguội được bố trí thẳng đứng sẽ chịu tải
trọng không lớn, do đó ta chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 thường hóa có
cơ tính:
- Độ rắn HB: 170 - 217
- Giới hạn bền: b = 600 Mpa
- Giới hạn chảy: ch = 340 Mpa
* Xác định mô men xoắn trên trục cánh khấy:
Mô men xoắn trên trục cánh khuấy được xác định theo công thức:
 
N
9550 N.mT
n
(3.3)
Trong đó: N – công suất trục dẫn (kW);
n – tốc độ quay của trục (vòng /phút);

57. 44
Thay vào ta có:
0,22
9550 26,263( . )
80
T N m 
* Xác định đường kính sơ bộ của trục khuấy.
Đường kính sơ bộ của trục khuấy xác định theo mô men xoắn được tính
bởi công thức:
 3 / (0,2 )d T  (mm) (3.4)
Trong đó: - T là mô men xoắn trên trục (N.mm),
- [] là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục, với thép 45
thường hóa: [] = 15 – 30 MPa. Ở đây ta chọn [] = 15.
Thay vào công thức ta có: 3
26263
d 20,6( )
0,2 15
mm
x
 
Căn cứ theo kết cấu lắp ghép trục khuấy, kể đến ảnh hưởng của tập trung
ứng suất tại các vị trí chuyển tiếp theo chức năng lắp ráp và tăng bền tại các
vịt trí có rãnh then ta đưa ra được kết cấu trục.
Hình 3.4. Kết cấu trục mang cánh khuấy
 Tính kiểm nghiệm trục:
Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor® để xây dựng mô hình và tính toán
phân tích cho trục cánh khuấy.
Trình tự tính toán kiểm nghiệm trục được thực hiện bằng phương pháp phần
tử hữu hạn:
- Xây dựng mô hình;
- Gán các thuộc tính vật liệu cho đối tương;

58. 45
- Khai báo các điều kiện biên;
- Xây dựng mô hình lưới phần tử;
- Tiến hành quá trình phân tích;
- Trích xuất và phân tích kết quả dữ liệu.
Xây dựng mô hình:
Hình 3.5. Mô hình trục mang cánh khuấy với mô men xoắn trên trục
Mô hình lưới phần tử:
Hình 3.6. Mô hình lưới phần tử
Kết quả của quá trình phân tích:
Ứng suất trên trục: Trích xuất dữ liệu theo tiêu chuẩn Von Mises (thuyết
bền thế năng biến đổi hình dáng cực đại)

59. 46
Hình 3.7. Ứng suất trục theo tiêu chuẩn Von Mises
Chuyển vị trên trục được tính theo chuyển vị xoắn (trục y) được xác
định thông qua chuyển vị dài thu nhận được từ kết quả phân tích:
Hình 3.8. Chuyển vị theo phương y
Các giá trị cực đại của ứng suất, chuyển vị thu được được so sánh với
giá trị ứng suất cho phép của vật liệu và giới hạn chuyển vị góc đặt ra từ yêu
cầu thiết kế.
+ Kiểm nghiệm bền tĩnh:
max = 27,03 Mpa <  = 0.8ch = 0.8*340 = 272 MPa thỏa mãn điều
kiện bền
+ Kiểm nghiệm độ cứng xoắn:
Độ cứng xoắn có ý nghĩa quan trọng với các trục trong các cơ cấu phân
độ, các trục chịu mang các bộ truyền yêu cầu độ chính xác truyền động cao.
Với trục mang cánh khuấy với ba cánh đối xứng trục và tải trọng coi như đều

60. 47
trên các cánh, do đó các chuyển vị uốn theo các phương là tương đối nhỏ.
Chuyển vị được tính đến ở đây là chuyển vị xoắn, độ cứng xoắn được kiểm
nghiệm theo biểu thức:
 
0
.T L
GJ
    (3.5)
Trong đó: T - là nội lực xoắn trên đoạn trục tính toán;
L – chiều dài đoạn trục;
G – module đàn hồi trượt của vật liệu chế tạo trục;
J0 – mô men quán tính của mặt cắt ngang trục đối với trục
thanh;
[] là góc xoắn cho phép, nó được xác định tùy vào từng bài
toán thiết kế cụ thể, tùy vào yêu cầu về độ cứng vững, ở đây ta có thể chọn
[] = 30’ trên 1m chiều dài trục:
Kết quả tính toán góc xoắn được tính toán qua hỗ trợ của phần mềm
phần tử hữu hạn như sau (đơn vị góc xoắn - rad) (Hình 3.9)
Hình 3.9. Biểu đồ góc xoắn trên trục (rad)
Từ biểu đồ góc xoắn, với giá trị góc xoắn cực đại tại đầu mang cánh
khuấy, so sánh với giá trị góc xoắn cho phép được lựa chọn ở trên ta kết luận
trục đảm bảo độ cứng xoắn.
B. Tính toán thiết kế cánh khuấy

61. 48
Để tính toán cơ cấu khấy, cánh khuấy trước tiên ta cần phải xác định
được lực tác dụng lên cánh khuấy. Do quan hệ dòng chảy ở trong thiết bị
khuấy với các cánh khuấy và thùng khuấy khác nhau nên hiện nay chúng ta
mới chỉ biểu diễn được các công thức gần đúng, đó là ảnh hưởng của nhiều
yếu tố: loại và dạng cánh khuấy, loại thùng khuấy, chuẩn số Reynolds, dòng
xoáy…do đó chỉ đưa ra các phương pháp tính gần đúng sức bền cánh khuấy:
- Vật liệu chế tạo cánh khuấy: Chọn vật liệu là thép 45
- Lực tác dụng lên cánh khuấy:
Khi làm việc cánh chịu áp lực cản của môi trường dung dịch, được xác
định theo Newton:
2
'pp C v 
(3.6)
Trong đó: p – Áp suất, N/m2
v – vận tốc tương đối của cánh khuấy trong môi trường
 – khối lượng riêng của môi trường, kg/m3
C’p – hệ số trở lực của môi trường, C’p= f (Re,Fr )
Quy đổi lực phân bố diện tích thành lực phân bố chiều dài
2
( ) pq r pb C v b 
Trong đó b là chiều rộng cánh khuấy
Quy luật phân bố của lực trên cánh khuấy phức tạp, vấn đề đặt ra của
bài toán là từ yêu cầu và mục tiêu thiết kế ta sử dụng dạng cánh có tiết diện
không đổi. Khi tính bền ta chỉ cần xác định ở tiết diện nguy hiểm nhất, do đó
ta có thể sơ đồ hóa đưa về sơ đồ tương đương với FC là hợp lực tác dụng lên
cánh và có khoảng cách rk tới trục khuấy.
* Xác định chiều dày cánh khuấy:
Dạng phá hỏng có thể xảy ra đối với cánh khuấy có thể là gãy tại vị trí
tiếp xúc cánh và đài giá cánh, tại đó vị trí mô men uốn sinh ra là lớn nhất:
Mô men uốn lớn nhất được xác đinh theo:

62. 49
max ( )F b CM r r F  (3.7)
Trong đó:
rF – khoảng cách điểm đặt lực tới tâm trục mang cánh khuấy, m;
rb – Bán kính bạc cánh (giá mang cánh khuấy), m;
FC – Lực quy đổi trên cánh .
Chiều dày cánh được xác định theo công thức:
max6 T
T
M n
S
h


(3.8)
Trong đó:
nT – hệ số an toàn chảy, nT = 2-3;
T – giới hạn chảy của vật liệu làm cánh, N/m2
;
h – chiều cao của cánh.
Mô men uốn cực đại được xác định theo công thức:
max
/
1
/
b k
F k C
r r T
M
r r N
 
  
  (3.9)
Với T là mô men xoắn trên trục cánh khuấy.
Khoảng cách rF từ điểm đặt lực FC đên tâm trục quay được xác định theo
công thức:
 
 
4
3
1 /3
4 1 /
b kk
F
b k
r rr
r
r r
 
  
   (3.10)
Đường kính bạc cơ cấu khuấy (đài mang cánh khuấy) rb = (0-0,5)rk thì ta có:
rF = (0,75-0,805).rk.
Thay các trị số vào công thức ta xác định được chiều dày cánh: S= 4,6 (mm)
Vậy ta chọn thiết kế cánh khuấy với chiều dầy S=5 (mm).
3.4. Lựa chọn các bộ phận khác của thiết bị.
3.4.1. Cơ cấu dẫn động, điều tốc.

63. 50
Căn cứ vào kết quả nội dung công suất đã tính toán tại phần trên, ta chọn
động cơ khuấy là loại động cơ 3 pha vận tốc độ 1500vg/p, công suất 0,75kW.
Lựa chọn kết cấu cụm điều tốc
Máy khuấy có thùng chứa đứng có nhiều kiểu truyền động khác nhau,
nên ta phân tích để chọn phương án thiết kế bộ truyền hợp lý với yêu cầu kỹ
thuật của máy xét trên tính ưu việt và tính kinh tế.
* Phương án 1: Là phương án trục khuấy dạng công xôn, máy khuấy
trộn có thùng chứa với bộ truyền bánh răng côn, bộ truyền đai và hộp giảm
tốc bánh răng trụ hai cấp, động cơ đặt nằm ngang được gá lắp ngoài thiết bị
- Ưu điểm: do thiết kế bộ truyền đai nên hộp giảm tốc đơn giản, chạy
êm. Bộ truyền đai có kết cấu nhỏ gọn, đơn giản và có thể giữ an toàn cho các
chi tiết máy khác khi bị quá tải đột ngột.
- Nhược điểm: Khó bôi trơn hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc cùng bộ truyền
đai lắp rời nên việc lắp đặt, vận chuyển thiết bị khó khăn, không đạt mỹ quan
công nghệ. Không thay đổi được tốc độ khuấy.
1
2
3 4
5
Hình 3.10. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc 01
Trong đó:

64. 51
1- Cánh khuấy
2- Bộ truyền bánh răng côn
3- Động cơ
4- Hộp giảm tốc
5- Bộ truyền đai
* Phương án 2 :
Là phương án động cơ, hộp giảm tốc gắn trực tiếp trên nắp thùng khuấy
- Ưu điểm: truyền động êm , không gây ồn như bộ truyền đai. Thiết bị có
thay đổi vị trí khi lắp đặt.
- Nhược điểm: Hộp giảm tốc cồng kềnh, tỷ số truyền không cao. Nắp
thùng lắp cơ cấu truyền động nên cần độ cứng vững cao. Thiết bị không thay
đổi được tốc độ khuấy.
Hình 3.11. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc 02
Trong đó:
1- Cánh khuấy
2- Gối bi
3- Hộp giảm tốc
4- Động cơ

65. 52
* Phương án 3:
Phương án 3 là sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ động cơ khuấy.
Động cơ khuấy khi đó được gắn trực tiếp trên nắp thùng khuấy và được nối
với trục bằng khớp nối mềm.
- Ưu điểm: Kết cấu nhỏ gọn, đạt mỹ quan công nghiệp. Động cơ được
gắn trực tiếp lên nắp thùng theo phương thẳng đứng tại trên đường tâm thùng
nên độ thăng bằng tốt, chạy êm không rung. Tốc độ có thể thay đổi bằng cách
điều khiển biến tần.
- Nhược điểm: Cần thiết kế thêm tủ điện điều khiển.
Hình 3.12. Sơ đồ phương án thiết kế cụm điều tốc số 03
Trong đó:
1- Cánh khuấy
2- Gối đỡ
3- Khớp nối
4- Động cơ

66. 53
 Kết luận: Ta chọn phương án 3, động cơ 3 pha công suất 0,75kW, tốc
độ 1500vg/p gắn trực tiếp và thẳng đứng trên nắp thùng khuấy tại tâm thiết bị,
tốc độ khuấy được điều khiển bởi biến tần OMRON 3G3JX điều khiển dạng
V/f, công suất 1kW.
Bảng 3.2. Bảng thông số thiết bị khuấy trộn dung dịch Caltex Aquatex 3180,
Ký hiệu: MKDD-01
TT Thông số kỹ thuật ĐVT Thông số
1. Kích thước máy: DxR mm 700x610
2. Đường kính cánh khuấy mm 350
3. Số lượng cánh Cái 03
4.
Khả năng điều chỉnh góc nghiêng
cánh
Độ 30÷90
5. Công suất động cơ chính kW 0,75
6. Tốc độ quay trục chính v.ph
ĐK vô cấp bằng biến
tần
7. Thể tích thùng chứa:Vmax lít 130
8. Thể tích khuấy trộn: Vlv lít 30÷110
Hình 3.13. Ảnh máy khuấy trộn dung dịch MKDD-01

67. 54
3.4.2 Cơ cấu đo mức dung dịch
* Có nhiều phương án để lựa chọn thiết kế cơ cấu đo mức dung dịch.
Như sử dụng hệ thống cảm biến đo lưu lượng, hệ thống bơm được điều khiển
tự động thông qua bộ PLC hay sử dụng hệ thống van phao điện từ để đo mức
lưu lượng dung dịch… Điểm chung của các phương pháp trên là tính tụ động
hóa cao, cấp dung dịch chính xác, nhưng nhược điểm là giá thành đắt, khó
thiết kế hệ thống điều khiển tự động, không phù hợp với điều kiện thực tế của
đơn vị.
Ta chọn phương án thiết kế cơ cấu đo mức dung dịch theo phương pháp
thủ công, lượng dung dịch được kiểm tra thông qua ống thủy đo mức. Phương
pháp có ưu điểm kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, chính xác, phù hợp với yêu
cầu thiết kế.
Hình 3.14. Kết cấu cụm đo mức dung dịch
Trong đó:
1 là bích nối;
02 là ống thủy đo mức;
03 là thân gá ống.

68. 55
Kết luận chƣơng 3
1. Tính toán xác định hệ số Re làm cơ sở tính toán công suất động cơ
0,22 kw, thời gian tiết hành 1 lần khuấy trộn là 70 giây, tốc độ quay trong
khoảng nhỏ hơn 100v/p.
2. Tính toán thiết kế thông số máy khuấy như trong bảng 3.2, trong đó
có thế thay đổi được tốc độ quay của trục khuấy, góc nghiêng α, khoảng cách
giữa vị trí đặt cánh và đáy thùng trộn từ đó làm cơ sở chế tạo máy khuấy.

69. 56
Chƣơng 4
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CÁC THÔNG SỐ KỸ
THUẬT CỦA THIẾT BỊ TỚI ĐỘ ĐỒNG ĐỀU CỦA DUNG
CALTEX AQUATEX 3180
4.1. Giới thiệu
Chương 4 trình bày cơ bản về các bước tiến hành các thí nghiệm khuấy
trộn dung dịch trơn nguội Caltex Aquatex 3180 bằng thiết bị máy khuấy trộn
dung dịch được thiết kế và chế tạo theo nội dung luận văn với các biến thay
đổi là: vận tốc khuấy, góc nghiêng của cánh và khoảng cách của cánh tới đáy
thùng khuấy. Sau các thí nghiệm tiến hành đo nồng độ phần trăm của dung
dịch đo được tại 03 vị trí khác nhau trong thùng khuấy để đánh giá mức độ
ảnh hưởng của các yếu tố tới độ đồng đều của dung dịch, mức tiêu thụ năng
lượng và lựa chọn các thông số hợp lý dùng cho thiết bị.
Mục 4.1.1 trình bày về mục tiêu nghiên cứu
Mục 4.1.2. trình bày về và các thông số xác định trong thí nghiệm
Mục 4.3 trình bày về các trang thiết bị, vật tư sử dụng phục vụ trong quá
trình làm thí nghiệm, các bước chuẩn bị, hiệu chỉnh thiết bị cho thí nghiệm
cũng như việc lấy mẫu và đo kiểm mẫu sau thí nghiệm.
Mục 4.4 tổng hợp kết quả làm thí nghiệm, tiến hành phân tích, đánh
giá kết quả, đưa ra đánh giá về mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí đến độ
đồng đều của nồng độ dung dịch, năng lượng tiêu thụ nhỏ nhất và từ đó lựa
chọn được thông số hợp lý cho thiết bị.
Mục cuối cùng là tóm tắt các kết luận của chương.
4.1.1. Mục đích
- Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng và mức
độ ảnh hưởng của các yếu tố tới độ đồng đều của dung dịch;
- Xác định các quan hệ và tính chất bằng thực nghiệm.

70. 57
4.1.2. Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm
Thông số đầu vào:
- Tốc độ khuấy, n (vg/p)
- Góc cánh, α (độ)
- Khoảng cách cánh tới đáy thùng, h (mm)
Thông số đầu ra:
- Năng lượng tiêu thụ PN, kwh; (ws)
- Độ đồng nhất k,
4.2. Thí nghiệm.
4.2.1. Các trang thiết bị, vật tƣ làm thí nghiệm
Để tiến hành làm thí nghiệm khuấy trộn dung dịch trơn nguội Caltex
Aquatex 3180 với sự thay đổi các chỉ tiêu tốc độ khuấy, góc nghiêng của cánh
khuấy và khoảng cách cánh tới đáy thùng của thiết bị khuấy trộn dung dịch ta
cần sử dụng một số trang thiết bị và vật tư thí nghiệm. Cụ thể:
Hình 4.1. Máy khuấy trộn dung dịch: MKDD-01

71. 58
1. Máy khuấy trộn dung dịch dầu bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180
được thiết kế theo nội dung luận văn và chế tạo tại Công ty Cơ khí Hóa chất
13 với các chỉ tiêu thông số kỹ thuật thể hiện trong bảng 3.2.
2. Máy đo nồng độ dung dịch bôi trơn tưới nguội NBR-32
Hình 4.2 Máy đo nồng độ NBR-32
Thiết bị đo nồng độ NBR-32 là sản phẩm của hãng sản xuất NIMATIC –
Đạn Mạch có tác dụng kiểm tra nồng độ phần trăm của dầu cắt gọt khi pha
với nước góp phần kiểm tra nồng độ, tăng tuổi thọ dung dịch và nâng cao chất
lượng sản phẩm. Là thiết bị đo nồng độ dạng khúc xạ kế loại cơ (kính ngắm)
với dải đo từ 0÷32% Birx, sai số ±0,2%.
Cốc đong thể tích tiêu chuẩn:
Hình 4.3. Cốc đong thể tích tiêu chuẩn (1000±8 ml)